正交试验优化苹果酯的合成工艺.doc

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1、正交试验优化苹果酯的合成工艺摘要：本文采用固体超强酸SO42-／Al203作催化剂，苯为带水剂，乙酰乙酸乙酯和乙二醇为原料，经缩羰基化反应合成苹果酯。用单因素法研究了反应温度、原料摩尔比、催化剂用量、带水剂用量对产品收率的影响，在此基础上用正交法确定了影响产率的因素间的主次关系，最后确定了最佳工艺条件:乙酰乙酸乙酯:乙二醇:苯:固体超强酸=1:2:2.5:0.2(摩尔配比),温度为90℃，收率最高可达91.5%。关键词:苹果酯；乙酰乙酸乙酯；乙二醇；合成；催化剂1综述1.1苹果酯的性质苹果酯又称为2-甲基-2-乙酸乙酯基-1,3-二氧戊烷或乙酰乙酸乙酯乙二醇缩酮

2、。它的英文商品名称是fructone,分子式为C8H14O4,分子量为174.20。它不溶于水是具有新鲜青苹果香气的无色液体。密度为1.0850,沸点100℃(2.26kPa),折射率为1.4329。其主要用于制备香精,由于其具有留香持久香气透发等特点被广泛用于香波和盥洗用品以及洗涤剂当中[1]。由于其无毒性、无刺激性、高效、易配伍等优点,被广泛应用。目前,工业上生产这类香料普遍以液体酸(如硫酸、苯磺酸等)为催化剂，但是由于这些液体酸存在严重的腐蚀性及三废问题,因此开发可取代液体酸的新型固体酸催化剂正在被学术界和工业界高度关注[2]。近年相继报道了蒙脱石[3]、

3、分子筛[4]、固体超强酸[5-6]、高分子复合催化剂[7]和固载杂多酸[8-9]等对缩醛(酮)的合成具有良好的催化活性。1.2苹果酯的用途及市场预测苹果酯是一种具有苹果香型和花香型的合成香料。由于苹果酯的香气强度适中，香气温和，有独特的芳香气息，香气透发，留香时间长，因此受到调香工作者的喜爱。苹果酯在合成香料家族中独树一帜，是市场需求量较大的合成香料品种之一。它的用途极为广泛，既可以用于香波、香水、洗涤剂等各种日用香精中，以调制出果香调和花香调，同时也可用于饮料等食品香精的调配。苹果酯的应用技术开发与合成技术开发两者相辅相成，相得益彰，共同为香料市场营造更加美好

4、的前景。1.3苹果酯的合成原理苹果酯属于缩酮类香料，一般是利用酮和醇的缩羰基化反应，生成缩酮，即缩羰基化合物，来制取苹果酯。在浓硫酸等质子酸的催化作用下，用苯作为带水剂，使乙酰乙酸乙酯与乙二醇发生缩羰基化反应，脱水生成苹果酯。1.4苹果酯的合成方法浓硫酸催化合成苹果酯：在液体质子酸(如浓硫酸)催化下用乙酰乙酸乙酯和乙二醇合成苹果酯。但是使用这种方法存在副反应多、设备腐蚀严重、产品纯度不高、后处理复杂、对环境有严重污染等缺点。随着人们环保意识的增强,开发可取代硫酸的环境友好催化剂已经在当代工业生产中备受关注[10]。离子液体催化合成苹果酯：由于离子液体具有液态范围

5、宽（室温至400K）溶解性能特异结构设计等优点所以其可作为催化过程中有机溶剂的理想替代品催化剂载体或催化剂。离子液体催化活性高稳定性好可循环利用且具有可设计性和酸性可调等优异的理化特性使其已成为目前催化研究领域的焦点。但同时也存在用量大成本高不易回收等劣势，阻碍了离子液体的大规模工业化应用[11-12]。离子液体的阴阳离子类型对离子液体的酸含量、酸强度和催化行为影响较大[13]。无水硫酸铝催化合成苹果酯：利用无机试剂无水硫酸铝催化合成苹果酯时存在原料来源广泛，催化剂可回收利用等优点[14]。但在反应过程中可发现存在反应时间过长产物的收率较低等缺点。为此在进行大规

6、模的工业生产时受到限制。固体超强酸合成苹果酯：用固体超强酸SO42-/Al2O3代替传统的浓硫酸进行催化不仅能克服浓硫酸所具有的诸多缺点而且还具有产率高、环保、可回收利用等优点。1.5课题研究内容本文主要采用正交法对苹果酯的合成工艺进行研究、选择，同时制备了固体超强酸催化剂，由起始原料乙酰乙酸乙酯和乙二醇经缩羰基化反应合成苹果酯，主要目的是通过正交实验考查影响合成苹果酯的因素，确定其最佳工艺条件。2实验部分2.1实验药品和仪器药品：乙酰乙酸乙酯（天津市化学试剂二厂）乙二醇(天津市科密欧化学试剂有限公司)无水氯化铝（天津市博迪化工有限公司）浓氨水(天津市北方天医化

7、学试剂厂)0.5mol/l硫酸(浓硫酸配置)　无水硫酸铝（天津市化学试剂二厂）仪器：红外吸收光谱仪阿贝折光仪电热套恒压滴液漏斗常压蒸馏装置减压抽滤装置电动搅拌器2.2固体超强酸的制备用天平称取3.35g的AlCl3(O.025mol)溶于250ml烧杯中，用玻璃棒搅拌完全溶解后在搅拌条件下加入5.0mol／L的氨水溶液产生A1(OH)3沉淀，对照pH试纸并用氨水调节使pH=8～9，在室温下，静止陈化2h．用酸式滴定管取0.54ml的浓硫酸配置成20ml0.5mol/L的硫酸。将产生的A1(OH)3沉淀及溶液减压抽滤后，所得沉淀用少许热水洗涤，抽干．使沉淀物在11

8、0℃下干燥12～14h后